Tekst źródłowy strony Punkt krytyczny (fizyka)

[[Plik:Punkt krytyczny 220px.png|thumb|220px|Punkt krytyczny (p.k.) na [[wykres fazowy|wykresie równowagi faz]] dla czystej substancji]]

'''Punkt krytyczny''', '''warunki krytyczne''', '''stan krytyczny'''<ref name="epwn">{{Encyklopedia PWN | id = 3928063 | tytuł = stan krytyczny | data dostępu = 2021-10-16}}</ref> – punkt przejścia [[układ fizyczny|układu fizycznego]] w stan o odmiennych właściwościach ([[ciecz nasycona]]–[[para nasycona]]), w którym nie można rozróżnić obu stanów. Na przykład:
* dla substancji czystych punkt krytyczny oznacza [[temperatura krytyczna|temperaturę krytyczną]] (i odpowiadające mu [[ciśnienie krytyczne]], czyli maksymalne ciśnienie pary nad daną cieczą), powyżej której nie można skroplić gazu, niezależnie od wielkości ciśnienia. Jest to punkt krytyczny dwuwymiarowy (układ o dwóch [[Stopień swobody (fizyka)#Termodynamiczne stopnie swobody|stopniach swobody]] – 2D). Parametry krytyczne oznacza się często dolnymi indeksami „kr”, „k”, „cr” lub „c”, czasami z dodatkiem „2D” („2”), „3D” („3”) itd., w zależności od tego, jakiego układu dotyczą, na przykład T<sub>3c</sub>. Dla gazów parametry krytyczne można określić na podstawie współczynników odpowiedniego równania stanu, na przykład [[równanie van der Waalsa|równania van der Waalsa]].
** w przypadku gazów [[adsorpcja|zaadsorbowanych]] na powierzchni (układ dwuwymiarowy), jak i innych zjawisk związanych z dwoma wymiarami (2D), warunki krytyczne będą się różniły. Wiele [[Stan skupienia materii|przejść fazowych]] również zachodzi jedynie w warunkach powyżej lub poniżej pewnych wartości krytycznych (gęstości, temperatury, ciśnienia).
* punkt krytyczny dla ciekłych układów wieloskładnikowych oznacza stan, w którym zanika różnica między współistniejącymi fazami ciekłymi – dla wielu mieszanin ciekłych istnieją obszary (określone przede wszystkim przez temperatury krytyczne), w&nbsp;których istnieje całkowita [[Mieszalność cieczy|mieszalność]], i obszary, gdzie istnieje ograniczenie rozpuszczalności, a więc w pewnym zakresie stężeń współistnieją (zwykle dwie) odrębne fazy (np. faza A nasycona składnikiem B oraz faza B nasycona składnikiem A).

== Stałe krytyczne ==
=== Gaz van der Waalsa ===
Dla gazu, którego stan może być opisany za pomocą [[równanie van der Waalsa|równania van der Waalsa]], parametry krytyczne, zwane też '''stałymi krytycznymi''', wyraża się poprzez parametry tego równania:
: temperatura krytyczna: <math>T_k = \frac{8 a}{27 b R},</math>

: ciśnienie krytyczne: <math>p_k = \frac{a}{27 b^2},</math>

: molowa objętość krytyczna: <math>V_k = 3 b,</math>

gdzie:
* <math>R</math> – (uniwersalna) [[stała gazowa]],
* <math>T</math> – temperatura (bezwzględna),
* <math>a, b</math> – parametry równania van der Waalsa:
:: <math>\left(p + \frac{a}{V^2}\right)(V-b) = RT,</math>
:: gdzie:
:* <math>p</math> – ciśnienie,
:* <math>V</math> – objętość molowa<ref group=uwaga>W wielu źródłach z dziedziny [[Chemia fizyczna|chemii fizycznej]] symbole [[Funkcja stanu|funkcji]] i [[Parametry stanu (termodynamika)|parametrów stanu]] odnoszące się do jednego mola są zapisywane wielkimi literami. Symbolem objętości układu zawierającego <math>n</math> moli jest <math>v (v = nV).</math></ref>

=== Ciecze o ograniczonej mieszalności ===
Warunki krytyczne dla cieczy o ograniczonej mieszalności określają temperatury:
* '''górna temperatura krytyczna''' – jeżeli istnieje temperatura, powyżej której ciecze stają się całkowicie mieszalne, poniżej tej temperatury wzajemna rozpuszczalność jest ograniczona (w pewnym przedziale składów wyjściowych uzyskujemy dwie fazy ciekłe będące roztworami wzajemnie nasyconymi)
* '''dolna temperatura krytyczna''' – jeżeli istnieje temperatura, poniżej której ciecze stają się całkowicie mieszalne.

== Zredukowane stałe krytyczne ==
Bardzo często wielkości fizyczne charakteryzujące określony stan materii wyraża się względem parametrów krytycznych, podając tzw. '''parametry zredukowane''' (często oznaczane gwiazdką *)<ref group=uwaga>Zredukowane parametry p-T-V bywają również oznaczane innymi symbolami, np. π-φ-ϑ, п-ω-τ, ''p''<sub>r</sub>-''T''<sub>r</sub>-''V''<sub>r</sub>.</ref>, na przykład:
* temperatura zredukowana:
: <math>T^* = \frac{T}{T_k}</math>
* gęstość zredukowana:
: <math>\rho^* = \frac{\rho}{\rho_k}</math>
* ciśnienie zredukowane:
: <math>p^* = \frac{p}{p_k}</math>
* objętość (molowa) zredukowana:
: <math>V^* = \frac{V}{V_k}</math>

Wykorzystywanie wielkości parametrów zredukowanych pozwala łatwo określić „odległość” danego układu od warunków krytycznych i stwierdzić, jakiego rodzaju model fizyczny zjawisk należy stosować.

Temperatury krytyczne niektórych pierwiastków i związków chemicznych:
* woda (H<sub>2</sub>O): 374&nbsp;°C
* amoniak (NH<sub>3</sub>): 132,4&nbsp;°C
* tlen (O<sub>2</sub>): −118,8&nbsp;°C
* wodór (H<sub>2</sub>): −240&nbsp;°C
* hel (He): −267,8&nbsp;°C

== Zobacz też ==
* [[punkt krytyczny wody]]
* [[stan nadkrytyczny]]
* [[zasada stanów odpowiadających sobie]]

== Uwagi ==
{{Uwagi}}

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Bibliografia ==
* {{cytuj książkę |autor = [[Stanisław Bursa]] |tytuł = Chemia fizyczna |wydanie = 2 popr |wydawca = [[Wydawnictwo Naukowe PWN|PWN]] |miejsce = Warszawa |rok = 1979 |isbn = 83-01-00152-6 |język = pl |strony = 264–269}}
* {{Cytuj książkę |autor = [[Antoni Basiński]] |tytuł = Chemia fizyczna |wydawca = [[Wydawnictwo Naukowe PWN|PWN]] |miejsce = Warszawa |data = 1966 |strony = 319–322}}
* {{Cytuj książkę |autor = [[Józef Szarawara]] |tytuł = Termodynamika chemiczna |wydawca = [[Wydawnictwa Naukowo-Techniczne|WNT]] |miejsce = Warszawa |data = 1979 |seria = Inżynieria chemiczna}}
* {{Cytuj stronę |url = https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1910/waals/lecture/ |tytuł = The Equation of State for Gases and Liquids |data = 12 grudnia 1910 |praca = Nobel Lecture |opublikowany = www.nobelprize.org |język = en |data dostępu = 2014-05-12}}
* {{Cytuj książkę |autor = S. Frisz, A. Timoriewa |tytuł = Kurs fizyki |wydawca = [[Wydawnictwo Naukowe PWN|PWN]] |miejsce = Warszawa |data = 1955 |strony = 239–257 |tom = 1, cz. VII. Gazy rzeczywiste. Równanie van der Waalsa, Dokładniejsze obliczenie poprawek…}}
* {{Cytuj stronę |url = http://www.worldcat.org/title/bijdrage-tot-de-kennis-van-de-wet-der-overeenstemmende-toestanden/oclc/421921272/editions?referer=di&editionsView=true |tytuł = Bijdragen tot de kennis van de wet der overeenstemmende toestanden |autor = J D van der Waals |praca = Showing all editions for 'Bijdrage tot de Kennis van de Wet der overeenstemmende toestanden’ |opublikowany = www.worldcat.org |data dostępu = 2014-05-11}}
* {{Cytuj stronę |url = http://www.ch.pw.edu.pl/~hof/w_ttc5_6.pdf |tytuł = Oddziaływania międzycząsteczkowe i równania stanu |autor = T. Hofman |praca = Wykłady z Termodynamiki technicznej i chemicznej, Wydział Chemiczny PW, kierunek: Technologia chemiczna, sem. 2013/2014 |strony = 31 |opublikowany = www.ch.pw.edu.pl |język = pl |data dostępu = 2014-05-11}}

{{Stany skupienia materii}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Przemiany fazowe]]